背景技术：

2.放射性污染的α射线表面计数率的测量是核辐射监测中的一项重要内容。在核事故应急中，国际原子能机构(iaea)提出的操作干预水平(oil)指标中，要求对α射线表面沾染计数率进行测量，以确定采取的响应行动。在核设施面临退役时，也需要对其进行放射性表征。在放射性废物处置过程中，要求对含α的核素进行单独分离。目前常用的α表面计数率测量方法需要将探测器贴近于污染表面几厘米距离内。3.近年来，出现了一种基于α诱导荧光效应的远距离测量方法，可以在远距离实现对α射线的探测。基本原理是α粒子与空气中的氮气和氧气发生相互作用，电离产生大量的次级电子，这些次级电子继续和空气中的成分反应产生荧光。由于荧光光子在空气中的传播距离较远，故可以实现在较远距离处探测到α射线。4.在距离放射性沾染较远处，由探测器直接测得的计数率结果不是α放射性物质表面沾染的计数率，这并不可以直接用于指导核应急响应行动。

技术实现要素：

5.针对上述存在的问题，本技术旨在提供一种远距离α放射性物质表面沾染测量的方法，本技术建立了α放射性物质表面沾染测量模型，通过理论推导、数值积分、geant4模拟与实验测量相结合的方式，实现了对α放射性物质表面沾染计数率的测量。6.为了实现上述目的，本技术所采用的技术方案如下：一种远距离α放射性物质表面沾染测量的方法，其特征在于，包括以下步骤；7.步骤一：远距离α放射性点源的测量8.s1、收集效率计算9.根据公式(1)计算得到收集效率εcol：[0010][0011]其中，ncol为到达光阴极的荧光光子计数；[0012]s2、本征探测效率计算[0013]取300nm和400nm所需要光子的平均值，作为本征效率参考值的倒数，见公式(2)：[0014][0015]其中，sen300和sen400分别代表探测器每因辐射产生1个计数时，需要到达光阴极的300nm至400nm单色光子的个数；[0016]步骤二：远距离α表面沾染计数率的测量[0017]s3、单光子计数器对α粒子的探测效率计算[0018]使用单光子计数器对α粒子的探测效率通过公式(3)计算：[0019][0020]其中，npc为单光子计数器的净计数值，np为发射的α粒子的数量，εint为本征探测效率，与单光子计数器的型号和性质有关，εcol为收集效率，eα为α射线的能量，mev；yair为α射线在空气中沉积1mev能量所生成的荧光光子的数量，mev-1；[0021]s4、建立沾染计数率模型[0022]将待测量的对象近似视为α放射性均匀分布的放射性面源，并将探测器表面与该放射性面源表面平行放置，以及在探测器探头处增设圆锥形屏蔽罩，表面沾染计数率可以用公式(5)进行计算：[0023][0024]其中，εpmt_s为探测器对放射性面源的探测效率；探测器优选为单光子计数器。[0025]s5、探测区域内各处点源探测效率的均值计算[0026][0027]其中，εpmt(r)是探测器对水平距离为r处α点源的探测效率；d是以探测器中心在表面沾染的垂直投影点为圆心，且以探测器对α表面沾染的探测范围为半径所围成的圆形区域；探测器对水平距离为r处α点源的探测效率是由收集效率与本征效率的乘积确定；本征效率对于某一特定的探测器，是一个确定的值，不受探测模型的影响；而收集效率可以由蒙特卡洛模拟或点源实验获得，并通过最小二乘法拟合收集效率随水平距离的变化关系。[0028]s6、计算出探测区域d的半径r的表达式，见式(7)：[0029][0030]其中，d为探测器到放射性沾染表面的垂直距离，1 m，θ为屏蔽锥形罩的张角，rpmt为探测器表面的半径；[0031]s7、对所述放射性面源探测效率随屏蔽体张角的变化关系进行多项式拟合：[0032]εpmt_s＝p1·θ2+p2·θ+p3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(8)[0033]其中，p1，p2，p3为拟合系数；得到探测器对表面沾染的探测效率后，即可根据公式(5)得到放射性沾染的α射线表面计数率。[0034]本技术的有益效果是：[0035](1)不需要贴近于α污染表面处进行探测，对于环境中存在较强的α或其他类型的放射性污染时，例如在铀钚处理厂事故等相对强α弱γ的辐射背景下，减轻对人员的危害；[0036](2)可以直接得到α放射性物质的表面沾染的计数率，直接用于操作干预水平(oils)中，指导核应急条件下的响应行动；[0037](3)常用α探测器的探头表面镀有一层薄膜，如zns等，由于这种薄膜的存在，探测器较容易损坏，同时，在强辐射场下，电子器件可能会被破坏，而本技术探测器不需要近距离暴露于辐射场下，可以减轻对设备的危害，提高探测器使用寿命；[0038](4)探测器可以分析和处理来自远距离处的信号，则探测器在同一位置时的探测区域的范围更广，在进行核设施退役或地表大面积α放射性筛查过程时，一定条件下可以减少测量的时间和成本。附图说明[0039]图1为本技术远距离α放射性物质表面沾染计数率的测量模型。[0040]图2为本技术蒙特卡洛模拟单光子计数器测量各向同性发射的α粒子。其中，(a)利用geant4模拟α粒子在空气中的输运过程，一部分诱导产生的荧光光子被探测器收集；[0041](b)红点表示不同距离处，探测器对α粒子的探测效率，黑线表示探测效率随距离的变化规律的最小二乘拟合结果，绿点表示仿真与实验结果的相对误差。[0042]图3为本技术实验测量探测器对α放射性点源的探测效率随距离的变化规律。其中，(a)暗箱内探测器与放射源相对位置；(b)实验平台及装置；(c)在暗室环境下测量本底9000s；(d)测量距离探测器25cm的239pu放射性点源600s。[0043]图4为本技术远距离α表面沾染计数率的测量。其中，(a)将探测器旋转45°并调整测量距离，实现屏蔽罩张角为90°的点源探测效率测量实验；[0044](b)点源探测效率随水平距离的变化规律的仿真及实验结果；[0045](c)面源探测效率随屏蔽体张角的变化规律的仿真及实验拟合结果。具体实施方式[0046]为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本技术的技术方案做进一步的描述。[0047]参照附图1-4所示的一种远距离α放射性物质表面沾染测量的方法，包括以下步骤：[0048]步骤一：远距离α放射性点源的测量[0049]s1、收集效率计算[0050]为了研究探测器对α射线的收集效率，利用geant4模拟滨松公司生产的型号为ch326的单光子计数器作为探测器在不同水平位置处对α粒子的探测效率，图1(a)显示了geant4中用于模拟的探测模型。模拟所采用的单光子计数器截面半径为2.5cm，光阴极采用k2cssb材料，能窗采用sio2材料，由于管身部分对模拟结果的影响较小，故也使用sio2近似替代。[0051]将单光子计数器放置在距离α粒子能量为5.1mev的239pu放射性点源的不同水平距离处，模拟得到单光子计数器对α粒子激发产生的荧光光子的测量过程，根据公式(1)可以计算得到收集效率εcol；[0052][0053]其中，ncol为到达光阴极的荧光光子计数。[0054]s2、本征探测效率计算[0055]对于本征探测效率，根据ch326单光子计数器的辐射灵敏度，对于300nm和400nm的单色光，探测器每因辐射产生1个计数，则分别需要到达光阴极7.94个和4.57个光子。由于α粒子激发空气产生的放射性荧光效应的绝大多数光子的波长都集中在300nm至400nm之间，故取300nm和400nm所需要光子的平均值，作为本征效率参考值的倒数，见公式(2)；[0056][0057]其中，sen300和sen400分别代表探测器每因辐射产生1个计数时，需要到达光阴极的300nm至400nm单色光子的个数，故可以计算出，对于ch326单光子计数器，本征探测效率为0.160。根据量子效率和收集效率，由公式(1)，可以计算出探测器对α粒子的探测效率随探测器与放射源的距离的变化规律仿真结果，见图2(b)。[0058]为了验证模拟结果的准确性，在黑暗条件下中开展放射性点源测量实验。定制1.5×0.5×0.5m的暗箱，选用滨松公司型号为ch326的单光子计数器作为探测器，将探测器与放射源置于暗箱之中，并通过避光通道连接信号线和电源线进行供电和信号采集。信号处理装置为ortec公司生产的nim机箱，包括主放大器和多道两种核电子学插件，并将处理后数据传入电脑中，利用mastro软件进行分析控制与进一步分析。[0059]放射源采用239pu点源，其4π立体角的表面发射率为2×106cpm，且由于239pu的半衰期为24131a，故可近似忽略239pu放射源的衰变对活度的影响。[0060]搭建的实验平台及装置见图3(a)-(b)，首先进行了本底的测量，测量能谱见图3(c)。在本底测量时间为9000s时，总计数为211767，即本底计数率为23.5cps，低于使用手册中给出的暗计数率典型值60cps，可以认为暗箱满足避光条件，探测器处于正常工作状态。分别将放射源放放置于与探测器表面距离为10cm、25cm、50cm、75cm和1m处进行实验，以25cm处的测量能谱为例，测量结果见图3(d)。[0061]由于放射源的强度由表面发射率计算得到，故探测效率可以通过公式(4)进行计算，[0062][0063]其中，nd为单光子计数器的净计数率，cps，ne为α放射源的表面发射率，cps。[0064]故可以计算得到，当239pu放射源距离探测器不同距离时的探测效率实验结果，见图2(b)。可以看出，将放射源放放置于与探测器表面距离为10cm至1m时，模拟结果与实验结果接近，最大相对误差为13.8％，这证明了仿真实验的有效性。[0065]s3、单光子计数器对α粒子的探测效率计算[0066]探测效率刻度是核辐射探测的重要内容，根据探测效率可以得到放射性污染的活度等信息，该值往往通过预先刻度获得。单光子计数器对α粒子的探测效率通过公式(3)计算：[0067][0068]其中，npc为单光子计数器的净计数值，np为发射的α粒子的数量，εint为本征探测效率，与单光子计数器的型号和性质有关，εcol为收集效率，eα为α射线的能量，mev；yair为α射线在空气中沉积1mev能量所生成的荧光光子的数量，mev-1。[0069]步骤二、远距离α表面沾染计数率的测量[0070]s4、建立沾染计数率模型[0071]在距离放射性沾染较远处，由探测器直接测得的结果不是表面沾染的计数率，这并不可以直接用于指导核应急响应行动。因此本技术利用单光子计数器探测诱导生成的荧光光子，并将单光子计数器所测结果转化为操作干预水平中要求的表面沾染的计数率。[0072]由于测量的对象是α表面沾染计数率，因此对模型进行合理假设，将待测量的对象近似视为α放射性均匀分布的放射性面源，该合理假设为本方法的使用前提。并将探测器表面与该放射性面源表面平行放置，且在探头处增设圆锥形屏蔽罩用于限制探测器的探测区域。利用远距离α射线探测方法测量表面沾染计数率的模型可建立如图1所示，图中，单光子计数器作为探测器与α表面沾染的垂直距离为d，在单光子计数器前段加设圆锥型的屏蔽罩，屏蔽锥形罩的张角为θ，锥形屏蔽罩的延长线在表面沾染上所围成区域的半径为r，限制该区域以外的放射性沾染对单光子计数器的计数产生干扰。表面沾染的测量范围与垂直距离d和屏蔽锥形罩的张角θ有关。表面沾染计数率可以用公式(5)进行计算：[0073][0074]其中，εpmt_s为单光子计数器对放射性面源的探测效率，探测器对放射性面源的探测效率的计算可以通过数值积分的方法获得。[0075]s5、探测区域内各处点源探测效率的均值计算[0076]探测器对表面沾染的探测效率应为探测区域内各处点源探测效率的均值，根据概率论中均值的定义可得：[0077][0078]其中，εpmt(r)是探测器对水平距离为r处α点源的探测效率；d是以探测器中心在表面沾染的垂直投影点为圆心，且以探测器对α表面沾染的探测范围为半径所围成的圆形区域。探测器对水平距离为r处α点源的探测效率是由收集效率与本征效率的乘积确定，本征效率对于某一特定的探测器，是一个确定的值，不受探测模型的影响；收集效率可以由蒙特卡洛模拟或点源实验获得，并通过最小二乘法拟合收集效率随水平距离的变化关系。[0079]为了计算表面污染计数率，根据公式(2)，需要首先得到探测器对水平距离为r处α点源的探测效率εpmt(r)和探测区域d的大小。本技术利用geant4模拟α射线在空气中诱导生成荧光的过程，并建立单光子探测模型，模拟当单光子探测器距离表面沾染的垂直距离为1m时，探测器对点源的收集效率随水平距离的变化关系。[0080]采用滨松公司型号为ch326的单光子计数器的参数作为蒙特卡洛模拟的探测器模型，感光区域的直径为25mm，模拟得到探测器对α放射性点源的探测效率随水平距离的变化规律仿真结果见图4(b)。图中可以看出，水平距离r为当屏蔽锥形罩的张角为θ时，探测器在放射性面源的投影点与探测区域边界处的距离。通过线性插值的方法可以得到探测器对放射性点源的探测效率随水平距离的变化规律。[0081]s6、根据几何关系可以计算出探测区域d的半径r的表达式，见式(7)：[0082][0083]其中，d为探测器到放射性沾染表面的垂直距离，本技术中选值为1m，θ为屏蔽锥形罩的张角，rpmt为探测器表面的半径。[0084]再根据公式(6)，可以计算得到探测器对放射性面源的探测效率，并利用最小二乘法，对面源探测效率随屏蔽体张角的变化关系进行多项式拟合；[0085][0086]其中，p1，p2，p3为拟合系数；计算可得p1＝-1.569e-07，p2＝5.664e-07，p3＝0.003478。拟合的回归系数r2＝0.9952，可见拟合效果良好。得到探测器对表面沾染的探测效率后，即可根据公式(5)得到放射性沾染的α射线表面计数率。[0087]为了对模拟结果的准确性进行验证，需要利用239pu放射源进行实验验证。在暗箱内，将探测器放置于距离放射源1m位置处，根据屏蔽罩不同的张角进行实验，验证远距离α表面沾染计数率的测量方法的有效性。[0088]首先通过实验测量探测器对水平距离为r处α点源的探测效率εpmt(r)，此时代表放射源位于屏蔽罩张角的边界处。由于暗箱尺寸的限制，通过对探测器旋转角度并调整放射源的位置，可以实现等效的测量，见图4(b)。实验结果见表4(c)。图中可以看出，仿真与实验结果的最大相对误差为13.5％，证明实验与仿真结果较为一致。[0089]本技术性的原理是：本技术利用geant4模拟α射线在空气中诱导生成荧光的过程，并建立单光子探测模型，模拟当单光子探测器距离表面沾染的垂直距离为1m时，探测器对点源的收集效率随水平距离的变化关系。[0090]以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和本技术的优点，在不脱离本技术精神和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本技术范围内。本技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。